New highly active Oxygen Reduction electrode for PEM fuel cell an Zn/air battery Application (NORA)

• Forschungsstelle: BFE
• Projektnummer: 101884

Schlüsselwörter (Deutsch)

TP0088;F-Koordination

Kurzbeschreibung (Deutsch)

New highly active Oxygen Reduction electrode for PEM fuel cell an Zn/air battery Application (NORA)

Publikationen / Ergebnisse (Deutsch)

Es wurde gefunden, dass es grundsätzlich besser für die Performance der Elektroden ist, wenn Carbon Nanotubes und Perovskite im Ultraschallbad gemischt werden, als wenn die Carbon Nanotubes direkt auf den Perovskiten gewachsen werden. Weiterhin wurde gefunden, dass La0.65Sr0.35MnO3 eine deutlich höhere katalytische Aktivität für die Sauerstoffreduktion besitzt als La0.8Sr0.2MnO3 oder (La0.8Sr0.2)0.98MnO3. La0.65Sr0.35MnO3 führt bei grossen Stromstärken zu einer geringeren Polarisation als La0.8Sr0.2MnO3, (La0.8Sr0.2)0.98MnO3 oder La0.6Sr0.4CoO3. Um die Aktivierungspolarisation (bei kleinen Stromstärken) möglichst klein zu halten, ist die Zugabe von geringen Mengen an Pt allerdings unerlässlich. Durch den kombinierten Einsatz von CNTs, Pt on carbon, La0.6Sr0.4CoO3 und La0.65Sr0.35MnO3 in optimierten Verhältnissen wurde eine Elektrode entwickelt, die im gesamten Strombereich eine geringere Polarisation zeigt als eine Vergleichselektrode aus Pt on carbon, wobei deutlich weniger Pt in der optimierten Elektrode ist als in der herkömmlichen Vergleichselektrode.

Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
EMPA

Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Thiele,Doreen
Züttel,Andreas

Zugehörige Dokumente

• New Highly Active Oxygen Reduction Electrode for PEM Fuel Cells and ZN/Air Battery Application (NORA) - Jahresbericht 2006 [PDF] 461 kB
• New Hihgly Active Oxygen Reduction Electrode for PEM Fuel Cell and ZN/Air Battery Applications (NORA) - Jahresbericht 2007 [PDF] 390 kB

Schlussbericht (Deutsch)

Die alkalische Brennstoffzelle produziert Energie durch die Redoxreaktion zwischen Wasserstoff und Sauerstoff. Theoretisch sollte die Zellreaktion 1.23 V liefern. Aber aufgrund von Aktivierungsverlusten, Ohmschen Verlusten und Konzentrations-/Diffusionsverlusten ist die Zellspannung geringer als 1.23 V. Die Aktivierungspolarisation wird durch die Elektrodenkinetik verursacht und hängt vom Elektrodenmaterial ab. Prozesse, die die Adsorption/Desorption von Reaktanten und/oder Produkten betreffen, der Ladungstransfer über die elektrochemische Doppelschicht und die Oberflächenbeschaffenheit der Elektrode spielen eine Rolle. Die Ohmsche Polarisation wird durch Widerstände aufgrund der Ionenmigration und des Elektronenflusses verursacht. Die Konzentrations-/Diffusionspolarisation tritt bei hohen Reaktionsraten, bei hohen Stromdichten auf. Der Transport der Reaktanten zur Elektrodenoberfläche ist durch die Diffusion in den Poren limitiert. Diese Verluste treten sowohl an der Anode als auch an der Kathode auf. In Brennstoffzellen sind die Verluste an der Kathode aufgrund der langsamen Kinetik der Sauerstoffreduktion grösser.

Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
EMPA

Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Thiele,Doreen
Züttel,Andreas

Zugehörige Dokumente

• New Highly Active Oxygen Reduction Electrode for PEM Fuel Cell and ZN/Air Battery Applications (NORA) - Schlussbericht [PDF] 2'592 kB

Schlussbericht (Englisch)

The alkaline fuel cell produces power through the redox reaction between hydrogen and oxygen. Theoretically, the cell reaction should deliver 1.23 V. But due to activation losses, ohmic losses and concentration/diffusion losses the cell voltage is lower than 1.23 V. The activation polarization is caused by the electrode kinetics and depends on the electrode material. Processes involving adsorption/desorption of reactant and/or product species, charge transfer across the double layer and the nature of the electrode surface play a role. The ohmic polarization is caused by the resistances due to the migration of ions and due to the flow of electrons. The concentration/diffusion polarization occurs at high reaction rates at high current densities. The transport of reactants to the electrode surface is limited by diffusion in the pores. These losses occur at the anode side as well as on the cathode side. In fuel cell the cathode losses are much higher than the anode losses because of the slow kinetics of the oxygen reduction.

Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
EMPA

Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Thiele,Doreen
Züttel,Andreas